3 Научные проблемы транспорта

Развитие науки для решения транспортных проблем обуслов­лено тем обстоятельством, что в отдельных случаях имеет место кризисное состояние традиционных видов транспорта, проявля­ющееся в усугублении проблем безопасности и экологии, несоот­ветствии провозной способности транспорта мощности производ­ства и пассажиропотока и др.

Для решения сложных научно-технических проблем, которые стоят перед транспортом и без решения которых невозможно вы­полнение задач по обслуживанию развивающейся экономики, не­обходимо развивать такие основополагающие прикладные и фун­даментальные области науки, как физика, механика, термо- и гидродинамика, строительная механика, автоматика и многие дру­гие смежные, прикладные и фундаментальные науки. Задачи, ко­торые ставит транспортная логистика перед наукой, касаются тех­нических и технологических изменений имеющихся достижений в области транспорта.

Развитие транспорта способствовало научной постановке мно­гих вопросов и проведению ряда исследований. Например, необхо­димость совершенствования двигателя в целях уменьшения нега­тивного воздействия на экологию и повышения коэффициента по­лезного действия стала стимулом для создания кинетической тео­рии газов и термодинамики; теория остойчивости судов создана академиком А. Н. Крыловым в связи с аварией произошедшей из-за неправильного размещения тяжелого оборудования для Волховской ГЭС при доставке его из Германии и Швеции в Россию морским путем. Развитие автомобильного транспорта привело к изменению технологии производства автомобилей — появился конвейер.

Взаимно обогащаясь, наука и транспорт стимулируют научно-технический прогресс, причем все увеличивающимися темпами. Так, до реализации выдвинутой Леонардо да Винчи идеи о воз­можности полетов человека прошло почти 500 лет, идея радио воплотилась в жизнь через 50 лет после ее появления. На телефонизацию четверти семей США ушло 35 лет, а Ин­тернет в таком же количестве семей появился через 7 лет. При анализе статистики мировых открытий за последние 30 лет установлено, что 84 % открытий делают ученые-одиночки и лишь 16 % — научно-исследовательские группы.

Целесообразность воплощения в жизнь любой идеи определя­ется экономикой и экологией. Многие из новых видов транспор­та — это отвергнутые по экономическим причинам, а иногда из-за технического несовершенства старые идеи. Например, электро­мобиль был создан и эксплуатировался во второй половине XIXв., но был забыт на 100 лет из-за несовершенства двигателя, кото­рый впоследствии был заменен другим, более мощным. Однако появившиеся экологические проблемы возвращают электричес­кий двигатель, но на качественно новом уровне. Идея монорель­совой дороги воплотилась в жизнь лишь через 150 лет, но разви­ваться она начала с 50 — 60 гг. XX в. Идея двигателя Стирлинга, выдвинутая в 1812 г., начала реализовываться лишь сегодня на новой технической основе. К созданию инерционного двигателя В. И. Шуберского, рассчитанного более 100 лет назад, приступа­ют лишь сегодня и т.д.

Нужно заметить, что каждый вид транспорта ставит перед на­укой свои проблемы.

Железнодорожный транспорт. Одна из основных научных про­блем — повышение скорости движения (рисунок 8) — обострилась в связи с ухудшением экологической обстановки в мире, что по­требовало расширения использования транспорта на электричес­кой энергии. Поскольку провозная способность железных дорог во много раз превышает этот показатель на других видах транс­порта, то электрифицированный железнодорожный транспорт в настоящее время наиболее предпочтителен.

Ученые разных стран мира установили, что на железной доро­ге экономически эффективной является скорость до 340 км/ч (ско­рость свыше 300 км/ч получают при применении магнитного под­вешивания). Такая скорость дает определенные преимущества же­лезным дорогам в конкурентной борьбе с другими видами транс­порта. По расчетам французских ученых, длина трассы для повы­шения скорости до намеченного уровня должна быть не меньше 600 — 800 км. Достижение скорости выше указанных значений свя­зано с увеличением стоимости строительства путей в 3 — 5 раз, что может перекрыть экономический эффект от повышенной скорости. Увеличение скорости железнодорожного транспорта привело к необходимости решения ряда проблем.

Рисунок 10 - Про­блема повышения скорости движения

Потребовалось увеличение мощности (тяги). При скорости 200 км/ч 30% массы приходится на электрооборудование, поэто­му необходим дополнительный двигатель. Сегодня эксплуатируются электровозы мощностью 11 тыс. л. с, тепловозы — мощнос­тью 8 тыс. л. с. При такой мощности локомотива поезд может пере­возить одновременно до 7,5 тыс. т груза, что недостаточно для эффективных перевозок, особенно массовых дешевых грузов.

Потребовалась замена двигателей. Сегодня необходимо приме­нение газовых, турбореактивных и других типов двигателей, но остаются нерешенными проблемы шума.

Появилась проблема герметизации вагонов. При скорости свы­ше 250 км/ч у человека возникают болевые ощущения в ушах, поэтому необходимо применение трехслойных стекол. Особенно часто негативные ощущения — боль, шум, вибрация — возника­ют при проезде тоннелей (причина — повышенное давление в замкнутом пространстве).

Необходимо создание бесстыкового пути (так называемого «бар­хатного пути»), при котором число рельсовых стыков (самых уяз­вимых и напряженных мест пути) будет минимально, для обеспе­чения плавности хода. Бесстыковой путь особенно эффективен на линиях с высокими скоростями движения, так как повышает ком­фортность поездки пассажиров; увеличивает надежность работы автоблокировки; снижает на 5—15 дБ уровень шума, удельное со­противление движению, расходы электроэнергии и топлива на тягу поездов; продлевает сроки службы верхнего строения пути. Сейчас укладываются плети (рельс, сваренный из нескольких стан­дартных рельсов) длиной до 1200 м. Основная часть путей России сегодня — плети длиной 150 — 800 м.

Осевые нагрузки на путь увеличиваются с повышением ско­рости и массы поездов, что требует создания более прочных путей. Прочность пути определяется, прежде всего, прочностью рель­сов, поэтому создаются усиленные рельсы (25 — 30 т на ось).

Увеличение массы поезда. Требуется не только повышение мощ­ности локомотива, но и изменение технологии сбора поезда, в том числе требуются дополнительные локомотивы (так называе­мая кратная тяга) в середине и конце поезда. Сегодня рекорды грузоподъемности поездов в России — 44 тыс. т, в США и Кана­де — 30 тыс. т. Такие перевозки осуществляются по специально разработанным маршрутам и расписанию.

Увеличение массы поездов повлекло за собой ряд проблем, главной из которых можно считать торможение. При скорости бо­лее 200 км/ч при торможении на каждую ось выделяется 36 МДж теплоты (1 Дж равен примерно 0,239 кал), что потребовало созда­ния новых материалов, выдерживающих температуру свыше 1000 °С, и разработки новых принципов торможения.

Для удержания вагонов поезда большой массы, особенно на уклонах, потребовалось изменить принципы автосцепки вагонов.

Увеличение длинны поезда привело к необходимости удлинения приемо-отправочных и сортировочных станции, включая пассажир­ские платформы, что, в свою очередь, осложнило проблемы эко­логии в части занятости территории.

Увеличение скорости привело к проблемам управления движе­нием, обусловленным тем, что при скорости более 160 км/ч глаз человека не воспринимает информацию об окружающей среде, следовательно, машинист не может обеспечить безопасность дви­жения. Это, в свою очередь, потребовало развития систем авто­матической блокировки движения при занятом перегоне.

Более пассивная роль машиниста вылилась в возможность его замены на «автостоп-дублер машиниста», т. е. создание систем ав­томатического управления транспортным средством без участия машиниста. Такие системы повысили безопасность движения на 30 %. Информация в систему подается из вычислительного центра дистанции управления.

Системы управления в автоматическом режиме стали разраба­тываться еще при движении по железным дорогам с обычной ско­ростью. Так, в Канаде системы без машиниста стали применяться с 1972 г. на перевозке угля по специально разработанным маршру­там; в Москве подобная система разработана для движения на метрополитене по кольцевому маршруту; в Сан-Франциско ра­ботает пассажирский поезд с автоматизированным управлением.

Нужно заметить, что при перевозке пассажиров нельзя пол­ностью отказываться от присутствия машиниста, просто его функ­ции будут состоять не в управлении транспортным средством, а в наблюдении за процессом посадки-высадки пассажиров на стан­ции в целях обеспечения безопасности. Повышенная скорость тре­бует более совершенных систем управления.